Zasada chłodzenia laserowego i jej zastosowanie do zimnych atomów
W fizyce zimnych atomów wiele prac eksperymentalnych wymaga kontrolowania cząstek (uwięzienia atomów jonowych, np. w zegarach atomowych), spowalniania ich i poprawy dokładności pomiarów. Wraz z rozwojem technologii laserowej, chłodzenie laserowe zaczęło być szeroko stosowane w zimnych atomach.
W skali atomowej istotą temperatury jest prędkość, z jaką poruszają się cząsteczki. Chłodzenie laserowe polega na wykorzystaniu fotonów i atomów do wymiany pędu, a tym samym schłodzeniu atomów. Na przykład, jeśli atom ma prędkość postępową, a następnie pochłonie lecący foton poruszający się w przeciwnym kierunku, jego prędkość spadnie. To jak z piłką toczącą się po trawie – jeśli nie zostanie popchnięta przez inne siły, zatrzyma się z powodu „oporu” wywołanego kontaktem z trawą.
To laserowe chłodzenie atomów, a proces ten jest cykliczny. I właśnie dzięki temu cyklowi atomy stale się ochładzają.
W tym przypadku najprostszym sposobem chłodzenia jest wykorzystanie efektu Dopplera.
Jednak nie wszystkie atomy można schłodzić za pomocą laserów, a aby to osiągnąć, konieczne jest znalezienie „cyklicznego przejścia” między poziomami atomowymi. Tylko poprzez cykliczne przejścia można osiągnąć chłodzenie i kontynuować je w sposób ciągły.
Obecnie, ponieważ atom metalu alkalicznego (takiego jak Na) ma tylko jeden elektron w warstwie zewnętrznej, a dwa elektrony w najbardziej zewnętrznej warstwie grupy metali ziem alkalicznych (takich jak Sr) można również traktować jako całość, poziomy energetyczne tych dwóch atomów są bardzo proste i łatwo jest osiągnąć „przejście cykliczne”, więc atomy, które są obecnie chłodzone przez ludzi, to głównie proste atomy metali alkalicznych lub atomy ziem alkalicznych.
Zasada chłodzenia laserowego i jej zastosowanie do zimnych atomów
Czas publikacji: 25 czerwca 2023 r.